Rodzina wymieniaczy anionowych
| Wymieniacz anionowy, rodzina transporterów wodorowęglanów | |
|---|---|
| Identyfikatory | |
| Symbol | HCO3_kotransp |
| InterPro | IPR003020 |
| PROZYTA | PDOC00192 |
| TCDB | 2.A.31 |
Rodzina wymieniaczy anionowych ( TC# 2.A.31 , zwana także rodziną transporterów wodorowęglanów ) jest członkiem dużej nadrodziny nośników wtórnych APC . Członkowie rodziny AE są generalnie odpowiedzialni za transport anionów przez bariery komórkowe, chociaż ich funkcje mogą się różnić. Wszystkie wymieniają wodorowęglany . Charakterystyczni członkowie rodziny AE występują w roślinach, zwierzętach, owadach i drożdżach. Niescharakteryzowane homologi AE mogą być obecne w bakteriach (np. w Enterococcus faecium , 372 aas; gi 22992757; 29% identyczności w 90 resztach). Zwierzęce białka AE składają się z homodimerycznych kompleksów integralnych białek błonowych, które różnią się wielkością od około 900 reszt aminoacylowych do około 1250 reszt. Ich N-końcowe domeny hydrofilowe mogą wchodzić w interakcje z białkami cytoszkieletu, a tym samym odgrywać rolę strukturalną komórki. Niektóre z obecnie scharakteryzowanych członków rodziny AE można znaleźć w Bazie Danych Klasyfikacji Transporterów.
Przegląd rodziny
| Transporter wodorowęglanów, domena C-końcowa, | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 struktura niskoenergetyczna dla końcowej pętli cytoplazmatycznej prążka 3, nmr, zminimalizowana średnia struktura
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | HCO3_transpt_C | ||||||||
| Pfam | PF00955 | ||||||||
| Klan Pfam | CL0062 | ||||||||
| InterPro | IPR011531 | ||||||||
| PROZYTA | PDOC00192 | ||||||||
| SCOP2 | 1btr / ZAKRES / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| domeny cytoplazmatycznej pasma 3 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 domeny cytoplazmatycznej ludzkiego białka pasma 3 erytrocytów
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Band_3_cyto | ||||||||
| Pfam | PF07565 | ||||||||
| Klan Pfam | CL0340 | ||||||||
| InterPro | IPR013769 | ||||||||
| SCOP2 | 1hyn / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| TCDB | 2.A.31 | ||||||||
| Nadrodzina OPM | 284 | ||||||||
| Białko OPM | 1btq | ||||||||
| |||||||||
transportu wodorowęglanów (HCO 3 − ) są głównymi regulatorami pH w komórkach zwierzęcych . Taki transport odgrywa również istotną rolę w ruchach kwasowo-zasadowych w żołądku, trzustce, jelitach, nerkach, narządach rozrodczych i ośrodkowym układzie nerwowym . Badania funkcjonalne sugerują różne HCO 3 − środki transportu.
- Białka wymieniaczy anionowych wymieniają HCO 3 − na Cl − w odwracalny, elektroobojętny sposób.
- Białka kotransportujące Na + /HCO 3 − pośredniczą w połączonym ruchu Na + i HCO 3 − przez błony plazmatyczne , często w sposób elektrogeniczny.
sekwencji sklonowanych do tej pory dwóch rodzin transporterów HCO 3 − (wymieniacze anionowe i kotransportery Na + /HCO 3 − ) ujawnia , że są one homologiczne . Nie jest to całkowicie nieoczekiwane, biorąc pod uwagę, że oba transportują HCO 3 − i są hamowane przez klasę środków farmakologicznych zwanych stylbenami disulfonowymi . Dzielą około ~ 25-30% sekwencji , która jest rozłożona na całej długości sekwencji i mają podobne przewidywane topologie błon , co sugeruje, że mają ~ 10 domen transbłonowych (TM) .
Konserwatywna domena znajduje się na C-końcu wielu białek transportujących wodorowęglany. Występuje również w niektórych roślinnych odpowiedzialnych za transport boru . W białkach tych obejmuje prawie całą długość sekwencji .
Białka anionowymienne pasma 3 , które wymieniają wodorowęglany, są najbardziej rozpowszechnionym polipeptydem w błonie krwinek czerwonych , stanowiącym 25% całkowitego białka błonowego. Domena cytoplazmatyczna pasma 3 działa głównie jako miejsce kotwiczenia dla innych białek związanych z błoną. Do ligandów białkowych tej domeny należą ankiryna , białko 4.2, białko 4.1, dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanowa (GAPDH), fosfofruktokinaza , aldolaza , hemoglobina , hemichromy i białkowa kinaza tyrozynowa (p72syk).
Wymieniacze anionowe u ludzi
U ludzi wymieniacze anionowe należą do rodziny nośników substancji rozpuszczonych 4 (SLC4), która składa się z 10 członków paralogicznych (SLC4A1-5; SLC4A7-11). Dziewięć koduje białka transportujące HCO
- 3 . Funkcjonalnie osiem z tych białek można podzielić na dwie główne grupy: trzy wymieniacze Cl-HCO
- 3 (AE1-3) i pięć transporterów HCO
- 3 sprzężonych z Na + (NBCe1, NBCe2, NBCn1, NBCn2, NDCBE). Dwa z transporterów sprzężonych z Na + (NBCe1, NBCe2) są elektrogeniczne; pozostałe trzy HCO
- 3 sprzężone z Na + i wszystkie trzy AE są elektroobojętne. Dwa inne (AE4, SLC4A9 i BTR1, SLC4A11 ) nie są scharakteryzowane. Większość, choć nie wszystkie, jest hamowana przez 4,4'-diizotiocyjanatostilbeno-2,2'-disulfonian (DIDS) . Białka SLC4 odgrywają rolę w homeostazie kwasowo-zasadowej, transporcie H + lub HCO
- 3 przez nabłonek (np. wchłanianie HCO
- 3 w kanalikach proksymalnych nerki, wydzielanie HCO
- 3 w przewodzie trzustkowym), a także regulują objętość komórek i pH wewnątrzkomórkowe.
Na podstawie ich wykresów hydropatii przypuszcza się, że wszystkie białka SLC4 mają podobną topologię w błonie komórkowej. Mają stosunkowo długie cytoplazmatyczne N-końcowe złożone z kilkuset do kilkuset reszt, po których następuje 10-14 domen transbłonowych (TM), i kończą się stosunkowo krótkimi cytoplazmatycznymi domenami C-końcowymi złożonymi z ~ 30 do ~ 90 reszt. Chociaż C-końcowa stanowi niewielki procent wielkości białka, w niektórych przypadkach domena ta ma (i) motywy wiążące, które mogą być ważne dla interakcji białko-białko (np. AE1, AE2 i NBCn1), ( ii) jest ważny dla przemieszczania się do błony komórkowej (np. AE1 i NBCe1) oraz (iii) może zapewniać miejsca do regulacji funkcji transportera poprzez fosforylację kinazy białkowej A (np. NBCe1).
Rodzina SLC4 obejmuje następujące białka.
Wymieniacz anionowy 1
Ludzki wymieniacz anionowy 1 (AE1 lub pasmo 3 ) wiąże anhydrazę węglanową II (CAII), tworząc „ metabolon transportowy ”, ponieważ wiązanie CAII aktywuje aktywność transportową AE1 około 10-krotnie. AE1 jest również aktywowany przez interakcję z glikoforyną , która działa również w celu kierowania jej do błony komórkowej. Każda z domen C-końcowych osadzonych w błonie może rozciągać się na błonie 13-16 razy. Zgodnie z modelem Zhu i in. (2003), AE1 u ludzi rozciąga się na błonę 16 razy, 13 razy jako α-helisa i trzykrotnie (TMS 10, 11 i 14) prawdopodobnie jako nici β. AE1 preferencyjnie katalizuje reakcje wymiany anionowej ( antyport ). Specyficzne mutacje punktowe w ludzkim wymieniaczu anionowym 1 (AE1) przekształcają ten elektronoobojętny wymieniacz anionowy w przewodnictwo jednowartościowego kationu. To samo miejsce transportu w domenie obejmującej AE1 jest zaangażowane zarówno w wymianę anionów, jak i transport kationów.
Wykazano, że AE1 w ludzkich krwinkach czerwonych transportuje różne aniony nieorganiczne i organiczne. Dwuwartościowe aniony mogą być symportowane z H + . Dodatkowo katalizuje przerzucanie kilku anionowych cząsteczek amfipatycznych, takich jak dodecylosiarczan sodu (SDS) i kwas fosfatydowy, z jednej monowarstwy dwuwarstwy fosfolipidowej do drugiej monowarstwy. Szybkość przewracania jest wystarczająco szybka, aby sugerować, że ten proces katalizowany przez AE1 jest fizjologicznie ważny w czerwonych krwinkach i prawdopodobnie także w innych tkankach zwierzęcych. Anionowe fosfolipidy i kwasy tłuszczowe prawdopodobnie będą naturalnymi substratami. Jednak sama obecność TMS zwiększa tempo przerzucania lipidów.
Struktura
Określono strukturę krystaliczną AE1 (CTD) przy 3,5 angstremach. Struktura jest zablokowana w otwartej konformacji skierowanej na zewnątrz przez inhibitor. Porównanie tej struktury ze strukturą związaną z podłożem transportera uracylu UraA w konformacji skierowanej do wewnątrz umożliwiło identyfikację prawdopodobnej pozycji wiązania anionów w AE1 (CTD) i doprowadziło do zaproponowania możliwego mechanizmu transportu, który mógłby wyjaśnić, dlaczego wybrano mutacje prowadzą do chorób. Trójwymiarowa struktura potwierdziła, że rodzina AE jest członkiem nadrodziny APC .
Istnieje kilka struktur krystalicznych dostępnych dla białka AE1 w RCSB (łącza są również dostępne w TCDB ).
- AE1: , , , , , , , , , ,
Inni członkowie
że nerki Na + : HCO
- 3 kotransportery są członkami rodziny AE. Katalizują reabsorpcję HCO
- 3 w kanalikach proksymalnych nerki w procesie elektrogenicznym, który jest hamowany przez typowe stilbenowe inhibitory AE, takie jak DIDS i SITS. Występują również w wielu innych tkankach ciała. Co najmniej dwa geny kodują te symportery u dowolnego ssaka. Przedstawiono model 10 TMS, ale model ten koliduje z modelem 14 TMS zaproponowanym dla AE1. Zbadano topologię transbłonową ludzkiego trzustkowego elektrogenicznego transportera Na + :HO
- 3 , NBC1. Zasugerowano topologię TMS z końcami N i C w cytoplazmie. Zewnątrzkomórkowa pętla określa stechiometrię kotransporterów Na + -HCO
− 3 .
Oprócz niezależnych od Na + wymieniaczy anionowych (AE1-3) i kotransporterów Na + : HCO
- 3 (NBC) (które mogą być elektronobojętne lub elektrogeniczne), napędzany Na + HCO -
3 / Cl - wymieniacz ( NCBE) został zsekwencjonowany i scharakteryzowany. Transportuje Na + + HCO
- 3 preferencyjnie w kierunku do wewnątrz i H + + Cl - w kierunku na zewnątrz. Ten NCBE jest szeroko rozpowszechniony w tkankach ssaków, gdzie odgrywa ważną rolę w alkalizacji cytoplazmy. Na przykład w komórkach β trzustki pośredniczy w zależnym od glukozy wzroście pH związanym z wydzielaniem insuliny .
Doniesiono, że komórki zwierzęce w hodowli tkankowej wykazujące ekspresję genu kodującego białko kanału chlorkowego CFTR typu ABC ( TC# 3.A.1.202.1 ) w błonie plazmatycznej wykazują cykliczną zależną od AMP stymulację aktywności AE. Regulacja była niezależna od funkcji przewodnictwa Cl- CFTR , a mutacje w domenie wiążącej nukleotydy # 2 CFTR zmieniały regulację niezależnie od ich wpływu na aktywność kanału chlorkowego. Obserwacje te mogą wyjaśniać upośledzone wydzielanie HCO
- 3 u chorych na mukowiscydozę.
Wymieniacze anionowe w roślinach i grzybach
Rośliny i drożdże mają transportery anionów, które zarówno w komórkach okołocyklicznych roślin, jak iw błonie plazmatycznej komórek drożdży eksportują kwas boranowy lub borowy (pKa = 9,2). W A. thaliana bor jest eksportowany z komórek okołocyklicznych do apoplazmy gwiezdnej korzenia wbrew gradientowi stężeń w celu pobrania przez pędy. W przypadku S. cerevisiae eksport odbywa się również wbrew gradientowi stężeń. Drożdżowy transporter rozpoznaje HCO
− 3 , I − , Br − , NO
− 3 i Cl − , które mogą być substratami. Wiadomo , że tolerancja na toksyczność boru w zbożach jest związana ze zmniejszoną akumulacją boru w tkankach. Ekspresja genów z korzeni pszenicy i jęczmienia tolerujących bor z wysokim podobieństwem do transporterów wypływu z Arabidopsis i ryżu obniżyła stężenie boru dzięki mechanizmowi wypływu. Mechanizm sprzęgania energii nie jest znany, nie wiadomo też, czy substratem jest boran czy kwas borowy. Kilka możliwości (uniport, wymiana anion:anion i wymiana anion:kation) może uwzględniać dane.
Reakcje transportowe
Fizjologicznie istotna reakcja transportu katalizowana przez wymieniacze anionowe z rodziny AE to:
- Cl - (wchodzi) + HCO
- 3 (wychodzi) ⇌ Cl - (wychodzi) + HCO
- 3 (wchodzi).
To dla kotransporterów Na + :HCO3- wynosi:
- Na + (wychodzi) + nHCO
- 3 (wychodzi) → Na + (wchodzi) + nHCO
- 3 (wchodzi).
To dla wymieniacza Na + /HCO
− 3 :H + /Cl − wynosi:
- Na + (wychodzi) + HCO
- 3 (wychodzi) + H + (wchodzi) + Cl - (wchodzi) ⇌ Na + (wchodzi) + HCO
- 3 (wchodzi) + H + (wychodzi) + Cl - (wychodzi).
To dla białka wypływu boru z roślin i drożdży wynosi:
- Bor (wchodzi) → Bor (schodzi)
Zobacz też
Według stanu na 28 stycznia 2016 r. ten artykuł pochodzi w całości lub w części z Bazy Danych Klasyfikacji Transporterów . Właściciel praw autorskich udzielił licencji na treść w sposób, który pozwala na ponowne wykorzystanie zgodnie z CC BY-SA 3.0 i GFDL . Należy przestrzegać wszystkich odpowiednich warunków. Oryginalny tekst znajdował się w „2.A.31 The Anion Exchanger (AE) Family”
